Phases de la lune.
Une nouvelle étude révèle comment la petite Lune a pu être une puissance magnétique occasionnelle au début de son histoire, une question qui a déconcerté les chercheurs depuis le début des années 1990. NASALe programme Apollo de la NASA a commencé à ramener des échantillons lunaires en 1969.
Les roches ramenées sur Terre dans le cadre du programme Apollo de la NASA de 1968 à 1972 ont fourni des volumes d’informations sur l’histoire de la Lune, mais elles ont également été la source d’un mystère persistant. L’analyse des roches a révélé que certaines d’entre elles semblaient s’être formées en présence d’un champ magnétique puissant, d’une intensité comparable à celle de la Terre. Mais on ne savait pas comment un corps de la taille de la Lune avait pu générer un champ magnétique aussi puissant.
Aujourd’hui, une recherche menée par un géoscientifique de l’Université Brown propose une nouvelle explication au mystère magnétique de la Lune. L’étude, publiée dans Nature Astronomymontre que des formations rocheuses géantes s’enfonçant dans le manteau lunaire ont pu produire le type de convection intérieure qui génère de puissants champs magnétiques. Selon les chercheurs, ces processus auraient pu produire des champs magnétiques forts et intermittents pendant le premier milliard d’années de l’histoire de la Lune.
“Tout ce que nous avons pensé sur la façon dont les champs magnétiques sont générés par les noyaux planétaires nous dit qu’un corps de la taille de la Lune ne devrait pas être capable de générer un champ aussi fort que celui de la Terre”, a déclaré Alexander Evans, professeur adjoint de sciences de la Terre, de l’environnement et des planètes à Brown et co-auteur de l’étude avec Sonia Tikoo de l’Université de Stanford. “Mais au lieu de réfléchir à la manière d’alimenter un champ magnétique puissant de manière continue pendant des milliards d’années, il existe peut-être un moyen d’obtenir un champ de haute intensité de manière intermittente. Notre modèle montre comment cela peut se produire, et cela est cohérent avec ce que nous savons de l’intérieur de la Lune.”
Les corps planétaires produisent des champs magnétiques par le biais de ce que l’on appelle une dynamo du noyau. La chaleur qui se dissipe lentement provoque la convection des métaux en fusion dans le noyau d’une planète. C’est ce brassage constant de matériaux conducteurs d’électricité qui produit un champ magnétique. C’est ainsi que se forme le champ magnétique de la Terre, qui protège la surface des radiations les plus dangereuses du soleil.
La Lune n’a pas de champ magnétique aujourd’hui, et les modèles de son noyau suggèrent qu’il était probablement trop petit et dépourvu de force de convection pour avoir jamais produit un champ magnétique fort et continu. Pour qu’un noyau ait un fort mouvement convectif, il doit dissiper beaucoup de chaleur. Selon Evans, dans le cas de la Lune primitive, le manteau entourant le noyau n’était pas beaucoup plus froid que le noyau lui-même. Comme la chaleur du noyau n’avait nulle part où aller, il n’y avait pas beaucoup de convection dans le noyau. Mais cette nouvelle étude montre comment les roches qui s’enfoncent ont pu fournir des stimulations convectives intermittentes.
L’histoire de ces pierres qui s’enfoncent commence quelques millions d’années après la formation de la Lune. Au tout début de son histoire, on pense que la Lune a été recouverte par un océan de roche en fusion. Lorsque le vaste océan de magma a commencé à refroidir et à se solidifier, des minéraux comme l’olivine et le pyroxène, plus denses que le magma liquide, ont coulé au fond, tandis que des minéraux moins denses comme l’anorthosite ont flotté pour former la croûte. Le magma liquide restant était riche en titane ainsi qu’en éléments producteurs de chaleur comme le thorium, l’uranium et le potassium, et a donc mis un peu plus de temps à se solidifier. Lorsque cette couche de titane s’est finalement cristallisée juste sous la croûte, elle était plus dense que les minéraux qui s’étaient solidifiés plus tôt. Au fil du temps, les formations de titane se sont enfoncées dans la roche mantellique moins dense située en dessous, un processus connu sous le nom de renversement gravitationnel.
Pour cette nouvelle étude, Evans et Tikoo ont modélisé la dynamique de l’enfoncement de ces formations de titane, ainsi que l’effet qu’elles pourraient avoir lorsqu’elles atteindraient le noyau lunaire. L’analyse, basée sur la composition actuelle de la Lune et sur la viscosité estimée du manteau, a montré que les formations se seraient probablement brisées en blocs de 60 kilomètres de diamètre et auraient coulé par intermittence au cours d’un milliard d’années environ.
Selon les chercheurs, lorsque chacune de ces bulles a fini par toucher le fond, elle a dû donner un coup de fouet à la dynamo du noyau lunaire. Perchées juste sous la croûte lunaire, les formations de titane auraient été relativement froides, bien plus que la température du noyau, estimée entre 2 600 et 3 800 degrés. Fahrenheit. Lorsque les blobs froids sont entrés en contact avec le noyau chaud après la descente, le décalage de température a dû entraîner une convection accrue du noyau.suffisamment pour générer un champ magnétique à la surface de la Lune aussi fort ou même plus fort que celui de la Terre.
“Vous pouvez penser à cela un peu comme une goutte d’eau frappant une poêle chaude”, a déclaré Evans. “Vous avez quelque chose de vraiment froid qui touche le noyau, et soudain beaucoup de chaleur peut s’en échapper. Cela provoque une augmentation du barattage dans le noyau, ce qui vous donne ces champs magnétiques forts par intermittence.”
Selon les chercheurs, il pourrait y avoir eu jusqu’à 100 de ces événements de downwelling au cours du premier milliard d’années d’existence de la Lune, et chacun d’entre eux pourrait avoir produit un champ magnétique fort pendant un siècle environ.
Evans dit que le modèle magnétique intermittent explique non seulement la force de la signature magnétique trouvée dans les échantillons de roches Apollo, mais aussi le fait que les signatures magnétiques varient considérablement dans la collection Apollo – certaines ayant des signatures magnétiques fortes et d’autres non.
“Ce modèle est capable d’expliquer à la fois l’intensité et la variabilité que nous observons dans les échantillons d’Apollo – ce qu’aucun autre modèle n’a été capable de faire”, a déclaré Evans. “Il nous donne également des contraintes temporelles sur la fonte de ce matériau en titane, ce qui nous donne une meilleure image de l’évolution précoce de la Lune.”
L’idée est également tout à fait testable, dit Evans. Elle implique qu’il aurait dû y avoir un faible fond magnétique sur la Lune, ponctué par ces événements à haute résistance. Cela devrait être évident dans la collection Apollo. Alors que les fortes signatures magnétiques des échantillons d’Apollo sont apparues comme une évidence, les signatures plus faibles ont reçu moins d’attention, explique Evans.
La présence de ces signatures faibles à côté des signatures fortes donnerait un grand coup de pouce à cette nouvelle idée, ce qui pourrait enfin mettre un terme au mystère magnétique de la Lune.
Référence : “An episodic high-intensity lunar core dynamo” par Alexander J. Evans et Sonia M. Tikoo, 13 janvier 2022, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-021-01574-y
